2014年初雾霾天气多次肆虐我国中东部地区。其中,汽车尾气和燃煤尾气是造成空气污染的原因之一。
(1)汽车尾气净化的主要原理为
2NO(g)+2CO(g)2CO2(g)+N2(g)。在密闭容器中发生该反应时,c(CO2)随温度(T)、催化剂的表面(S)和时间(t)的变化曲线如图所示。据此判断:
①在T2温度下,0~2 s内的平均反应速率v(N2)=________。
②当固体催化剂的质量一定时,增大其表面积可提高化学反应速率。若催化剂的表面积S1>S2,在上图中画出c(CO2)在T1、S2条件下达到平衡过程中的变化曲线。
③若该反应在绝热、恒容的密闭体系中进行,下列示意图正确且能说明反应在进行到t1时刻达到平衡状态的是________________________________________________________。
(2)煤燃烧产生的烟气中有含氮的氧化物,用CH4催化还原NOx可以消除氮氧化物的污染。
①已知甲烷的燃烧热为890 kJ·mol-1;1 mol水蒸气变成液态水放热44 kJ;N2与O2生成NO的过程如下,
CH4(g)+4NO(g)===2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH=________。
②在恒压下,将CH4(g)和NO2(g)置于密闭容器中,也可以发生化学反应:
CH4(g)+2NO2(g)N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH<0,提高NO2转化率的措施有________。
A.增加原催化剂的表面积 |
B.降低温度 |
C.减小投料比[n(NO2)/n(CH4)] |
D.增大压强 |
(3)在容积相同的两个密闭容器内(装有等量的某种催化剂)先各通入等量的CH4,然后再分别充入等量的NO和NO2。在不同温度下,同时分别发生上述的两个反应:并在t秒时测定其中NOx转化率,绘得图像如下图所示:
从图中可以得出的结论是_____________________。
结论一:在250~450 ℃时,NOx转化率随温度升高而增大,450~ 600 ℃时NOx转化率随温度升高而减小推测原因是______________________________________。
结论二:__________________________________。
氨气常用作致冷剂及制取铵盐和氮肥,是一种用途广泛的化工原料。
(1)下表是当反应器中按n(N2):n(H2)=1:3投料后,在200℃、400℃、600℃下,反应达到平衡时,混合物中NH3的物质的量分数随压强的变化曲线。
①曲线a对应的温度是。
②关于工业合成氨的反应,下列叙述正确的是(填字母)。
A.及时分离出NH3可以提高H2的平衡转化率
B.加催化剂能加快反应速率且提高H2的平衡转化率
C.上图中M、N、Q点平衡常数K的大小关系是K(M)=" K(Q)" >K(N)
③M点对应的H2转化率是。
(2)工业制硫酸的尾气中含较多的SO2,为防止污染空气,回收利用SO2,工业上常用氨水吸收法处理尾气。
①当氨水中所含氨的物质的量为3 mol ,吸收标准状况下44.8 L SO2时,溶液中的溶质为。
②NH4HSO3溶液显酸性。用氨水吸收SO2,当吸收液显中性时,溶液中离子浓度关系正确的是(填字母)。
a.c(NH4+) = 2c(SO32-) + c(HSO3-)
b.c(NH4+)> c(SO32-)> c(H+)= c(OH-)
c.c(NH4+)+ c(H+)= c(SO32-)+c(HSO3-)+c(OH-)
(3)氨气是一种富氢燃料,可以直接用于燃料电池,下图是供氨水式燃料电池工作原理:
①氨气燃料电池的电解质溶液最好选择(填“酸性”、“碱性”或“中性”)溶液。
②空气在进入电池装置前需要通过过滤器除去的气体是。
③氨气燃料电池的反应是氨气与氧气生成一种常见的无毒气体和水,该电池正极的电极反应方是。
在压强为0.1 MPa、10L恒容的密闭容器中,将2 mol CO与 5 mol H2的混合气体在催化剂作用下能生成甲醇:CO(g) + 2H2(g)CH3OH(g)ΔH<0请回答下列问题:
(1)①该反应的熵变ΔS0(填“>”、“<”或“=”)。
②若温度T1 >T2,则平衡常数K(T1)K(T2)(填“大于”、“小于”或“等于”)
③下列措施既可加快反应速率又可增加甲醇产率的是;
A.升高温度
B.将CH3OH(g)从体系中分离
C.充入He,使体系总压强增大
D.再充入2 mol CO和5 mol H2
④下列可说明反应已达到化学平衡状态的是________;
A.v生成(CH3OH)=v消耗(CO)
B.混合气体的密度不再改变
C.混合气体的平均相对分子质量不再改变
D.CO与H2浓度比不再变化
(2)若温度T2时,5min后反应达到平衡,CO的转化率为75%,则:
①平衡时体系总的物质的量为mol;
②反应的平衡常数K=;
③反应在0-5min区间的平均反应速率v(H2)=。
(12分)本题包括A、B两小题,请选定其中一题作答。若多做,则按A小题评分。
A.【物质结构与性质】
K2Cr2O7是一种常见的强氧化剂,酸性条件下会被还原剂还原成Cr3+。
(1)Cr3+能与OH-、CN-形成配合物[Cr(OH)4]-、[Cr(CN)6]3-。
①Cr3+的电子排布式可表示为________。
②不考虑空间构型,[Cr(OH)4]-的结构可用示意图表示为________。(若有配位键,用箭号表示)
③CN-与N2互为等电子体,写出CN-的电子式:________。
(2)K2Cr2O7能将乙醇氧化为乙醛,直至乙酸。
①乙醛中碳原子的杂化方式有________、________。
②乙酸的沸点是117.9 ℃,甲酸甲酯的沸点是31.5 ℃,乙酸的沸点高于甲酸甲酯的沸点的主要原因是____。
(3)一种新型阳极材料LaCrO3的晶胞如图所示,已知距离每个Cr原子最近的原子有6个,则图中________原子代表的是Cr原子。
(14分)还原剂还原法、光催化氧化法、电化学吸收法是减少氮氧化物排放的有效措施。
(1)利用炭粉可以将氮氧化物还原。
已知:N2(g)+O2(g)===2NO(g);ΔH=+180.6 kJ·mol-1
C(s)+O2(g)===CO2(g);ΔH=-393.5 kJ·mol-1
反应C(s)+2NO(g)===CO2(g)+N2(g);ΔH=________kJ·mol-1。
(2)TiO2在紫外线照射下会使空气中的某些分子产生活性基团OH,OH能将NO、NO2氧化,如图所示,OH与NO2的反应为NO2+OH===HNO3。写出OH与NO反应的化学方程式:___________。
(3)下图所示的装置能吸收和转化NO2、NO和SO2。
①阳极区的电极反应式为____。
②阴极排出的溶液中含S2O42-离子,能吸收NOx气体,生成的SO32-可在阴极区再生。将S2O42-吸收NO2的离子方程式配平,并在方格内填上相应物质:____S2O42-+____NO2+____OH-===SO32-+____N2+____
③已知阴极生成的吸收液每吸收标准状况下7.84 L的气体,阳极区新生成质量分数为49%的硫酸100 g,则被吸收气体中NO2和NO的物质的量之比为________。
(4)O3、醛类、PAN(过氧硝酸乙酰)等污染物气体和颗粒物所形成的烟雾称为光化学烟雾。某研究性学习小组为模拟光化学烟雾的形成,用紫外线照射装在密闭容器内的被污染空气样品,所得物质的浓度随时间的变化如图所示。请你根据光化学烟雾的形成原理,对减少光化学烟雾的发生提出一个合理建议:________。
(12分)次硫酸氢钠甲醛(xNaHSO2·yHCHO·zH2O)俗称吊白块,在印染、医药以及原子能工业中有广泛应用。它的组成可通过下列实验测定:① 准确称取1.540 0 g样品,完全溶于水配成100 mL溶液;② 取25.00 mL所配溶液经AHMT分光光度法测得甲醛物质的量浓度为0.10 mol·L-1;③ 另取25.00 mL所配溶液,加入过量碘完全反应后,加入BaCl2溶液至沉淀完全,过滤、洗涤、干燥至恒重得到白色固体0.582 5 g。次硫酸氢钠甲醛和碘反应的方程式如下:
xNaHSO2·yHCHO·zH2O+I2―→NaHSO4+HI+HCHO+H2O(未配平)
(1)生成0.582 5 g白色固体时,需要消耗碘的质量为________。
(2)若向吊白块溶液中加入氢氧化钠,甲醛会发生自身氧化还原反应,生成两种含氧有机物,写出该反应的离子方程式________________________________。
(3)通过计算确定次硫酸氢钠甲醛的组成(写出计算过程)。